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水性聚氨酯應(yīng)用表面涂層材料簡介

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2019/7/24 瀏覽次數(shù)：

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低揮發(fā)性有機化合物(VOCs)水性表面涂層材料是一種環(huán)保材料，因此是現(xiàn)代社會最理想的材料。本研究報道了原位制備的熱固性超支化水性聚氨酯（WPU）/碳點（CD）納米復(fù)合材料作為表面涂層材料。在納米復(fù)合材料中，CD分別以0.25、0.5和1.0的重量百分比作為納米強化劑。采用傅里葉變換紅外光譜、核磁共振光譜、紫外可見光譜和X射線衍射等分析手段，對水性聚氨酯及其制備的熱固性納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進行了分析。加入CD后，原始熱固性WPU的力學性能顯著提高(抗拉強度從4.5 MPa提高到8.5 MPa，斷裂伸長率從96%提高到136%，劃痕硬度從3 kg提高到9 kg，沖擊強度從70 cm提高到100 cm)。加入CD后，WPU的熱穩(wěn)定性也從250℃提高到280℃。有趣的是，制備的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出激發(fā)波長和濃度依賴的光致發(fā)光行為以及良好的透明性。因此，制備的WPU納米復(fù)合材料作為低VOC的環(huán)保型透明表面涂層材料具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

在所有聚合物中，聚氨酯（PU）是最重要和最通用的聚合物之一。它是通過二/多異氰酸酯和二/多元醇化合物之間的重排反應(yīng)得到的。聚氨酯可以通過改變其組成，原料結(jié)構(gòu)和NCO / OH比來決定其性質(zhì) 。在這種情況下，超支化聚氨酯（HPU）由于其低粘度，高溶解度等優(yōu)點而備受關(guān)注。因此，其加工比線性配對物更容易。但傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯存在揮發(fā)性有機物含量高、易燃性、毒性等問題。這些問題可以通過水性聚氨酯（WPU）有效地解決，所述水性聚氨酯是具有穩(wěn)定基團的PU顆粒的二元膠體系統(tǒng)。通常，WPUs是由反應(yīng)較少的二異氰酸酯、多元醇和離子生成的二羥基酸，如2,2 -雙(羥甲基)丙酸來制備的。除了上述問題外，WPU還具有一些優(yōu)勢，如成本效益和生態(tài)友好等性質(zhì)。盡管有上述優(yōu)點，但由于存在親水離子基團或水溶性連段，WPUs也存在一些嚴重的缺點，如機械性能較差。它們也對潮濕和其他化學環(huán)境敏感。與溶劑型配對物相比，這是導(dǎo)致其較差的機械性能，熱穩(wěn)定性和差的耐化學性的原因。
然而，諸如共混、建立交聯(lián)反應(yīng)或形成互穿網(wǎng)絡(luò)等改進可能是改善WPUs材料性能的一種選擇。此外，基于納米技術(shù)的聚合物納米復(fù)合材料策略可以有效地解決與WPUs相關(guān)的問題。文獻中發(fā)現(xiàn)大量的WPU納米復(fù)合材料，在加入微量納米填料后，其力學性能顯著提高。不同類型的納米填料如石墨烯氧化物、氧化鋅、納米銀顆粒、納米粘土、功能化碳納米管等用于納米復(fù)合材料的制備。各種生物納米填料也在朝這方面努力中。納米復(fù)合材料性能的提高依賴于其優(yōu)化的分散性、界面相互作用和納米級形貌。在納米填料類型中，碳基納米材料由于其高縱橫比，高機械強度和熱性能而被雕刻出獨特的壁龕。雖然這類碳納米材料具有如此優(yōu)異的性能，但由于缺乏適當?shù)墓δ芎凸逃械亩栊裕诟邉┝肯逻€存在團聚等缺陷。在此背景下，碳點 (carbon dot, CD)由于其高水溶性、易修飾、可調(diào)節(jié)熒光發(fā)射強度、生產(chǎn)成本低、生物相容性好等優(yōu)良的生物特性，近年來引起了材料科學家的興趣。因此，制備WPU/CD納米復(fù)合材料是一個很好的選擇。目前的研究報道了采用原位聚合技術(shù)，以不同重量百分比的CD為原料制備熱固性WPU/CD納米復(fù)合材料。以甘油為基礎(chǔ)的聚酯多元醇已成功地應(yīng)用于超支化聚氨酯體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)。采用二縮水甘油醚基環(huán)氧樹脂和脂肪酸基聚酰胺固化得到了熱固性聚氨酯。研究了熱固性納米復(fù)合材料作為環(huán)保型低VOC表面涂層材料的力學性能、熱性能和光學性能。利用甘油基聚合物、脂肪酸基聚胺(amido amine)和生物基納米材料制備新型高分子納米復(fù)合材料，證明了其生物基特性。

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